Pomiar temperatury to jedno z najbardziej podstawowych zadań systemów elektronicznych – spotykamy się z nim zarówno w prostych układach, jak i w zaawansowanych systemach sterujących skomplikowanymi procesami. Nie zawsze łatwo jest jednak wybrać odpowiedni czujnik temperatury, najlepiej dostosowany do potrzeb. Co warto wiedzieć wybierając odpowiedni model czujnika temperatury? Na to pytanie postanowiliśmy odpowiedzieć w poniższym tekście.
Czujniki temperatury znajdują się niemal w każdym urządzeniu elektronicznym – począwszy od najprostszych układów mikroprocesorowych, a skończywszy na rozległych systemach sterujących skomplikowanymi procesami. Bardzo istotną funkcję układy te pełnią w zastosowaniach przemysłowych, m.in. w branży spożywczej, chemicznej, naftowej, górnictwie czy motoryzacji. Szeroka gama zastosowań wymusza stosowanie różnych typów czujników, w zależności od potrzeb aplikacji – do monitorowania temperatury silnika stosowane są inne układy niż np. do zarządzania klimatyzacją.
W czujnikach zintegrowanych (inaczej scalonych) obwody przetwarzające sygnał pomiarowy umieszczone są wraz z elementem pomiarowym w jednej obudowie. Całość wykonana jest na podłożu półprzewodnikowym, najczęściej krzemowym. Tego typu układy mają dość ograniczony zakres temperatury, mieszczący się zwykle w przedziale od -55°C do +150°C, czyli w typowym obszarze pracy układów półprzewodnikowych. Tego rodzaju czujniki stosuje się powszechnie do pomiaru temperatury wewnątrz urządzeń elektronicznych. Pozwala to na ochronę układów przed przegrzaniem oraz może zapobiec nieodwracalnym uszkodzeniom sprzętu. Wykorzystuje się je również w celu kompensacji wpływu temperatury na układy pomiarowe, np. w wyniku korekty dryftu temperaturowego.
Monitorowanie temperatury i kontrola warunków środowiskowych mają bardzo wysokie znaczenie np. dla prawidłowego przeprowadzenia trudnych procesów produkcyjnych. W przypadku czujników zdalnych element pomiarowy (przetwornik temperatury) umieszczony jest w pewnej odległości od reszty toru pomiarowego. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie bardzo dużego zakresu pomiarowego, nawet od -270°C do ponad +1800°C (w przypadku niektórych rodzajów termopary). Czujniki zdalne mogą być wykorzystywane do kontroli procesów przemysłowych przebiegających w bardzo niekorzystnych warunkach, jak np. destylacja ropy naftowej czy produkcja artykułów spożywczych. Dla większości typów czujników zdalnych dostępne są specjalne układy kontrolerów pozwalające na pełną obsługę sygnału pomiarowego. Układy takie (np. MAX31865 dla termorezystorów oraz MAX31856 dla termopar) wyposażone są zazwyczaj w wyjście cyfrowe, umożliwiające łatwą integrację z resztą systemu.
Diody (tak jak inne elementy półprzewodnikowe, umożliwiają pomiar temperatury w zakresie od ok. -55 do ok. +150°C, z dokładnością rzędu ±1°C). Mogą one znaleźć zastosowanie w systemach pracujących w przeciętnym zakresie temperatur. Do ich głównych zalet należą niewielki rozmiar oraz niski koszt. Mogą być ponadto umieszczane na jednym podłożu z innymi elementami scalonymi.
Termopary to czujniki wykorzystujące zjawisko fizyczne polegające na powstawaniu różnicy potencjałów w miejscu styku dwóch różnych metali, proporcjonalnej do różnicy ich temperatur. To zjawisko odkrył w XIX wieku niemiecki fizyk Thomas Johann Seebeck. Termopary charakteryzują się największym zakresem pomiarowym spośród wszystkich typów sensorów, sięgającym od -270°C do ponad +1800°C. Dzięki temu znajdują zastosowanie m.in. w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, np. do pomiaru temperatury we wnętrzu silnika. Do innych zalet tych układów należą mały rozmiar, niewielka bezwładność czasowa (szybki czas reakcji na zmiany temperatury), duża niezawodność oraz brak konieczności stosowania dodatkowego zasilania. Właściwości termopary zależą w dużym stopniu od rodzaju materiałów, z których została wykonana. Zgodnie z polską normą PN-EN 60584-1 wyróżnia się następujące typy termopar: J, T, K, E, N, S, R, B. Każdy z nich ma nieco odmienną charakterystykę temperaturową, którą cechuje nieliniowość. Układy kontrolerów przeznaczone dla poszczególnych typów wyposażone są we wbudowane procedury linearyzacyjne. Pozwalają one prawidłowo odczytać temperaturę.
Działanie czujników termorezystancyjnych wykorzystuje zjawisko zmiany rezystancji elementu pomiarowego w funkcji temperatury – sposób tych zmian określony jest w tzw. charakterystyce termoelektrycznej danego elementu. Ze względu na materiał wykonania wyróżnia się następujące dwa rodzaje czujników termorezystancyjnych: metalowe oraz półprzewodnikowe.
Na platformie zakupowej Optiba.com, wyspecjalizowanej w produktach technologicznych, znajdziesz wszystko, czego potrzebuje automatyk i pneumatyk albo pracownik służb utrzymania ruchu. Zapoznaj się już dziś z naszą szeroką ofertą w tym zakresie.
